輕型商用車制動(dòng)熱衰退性能道路試驗(yàn)研究

魏仲文 王玉婷 柳建偉 付旺

摘 要：針對(duì)國(guó)內(nèi)某款輕型液壓制動(dòng)系統(tǒng)商用車進(jìn)行了不同測(cè)試方案的制動(dòng)性能道路試驗(yàn)，從不同側(cè)重點(diǎn)分析了制動(dòng)產(chǎn)生的熱衰退對(duì)整車制動(dòng)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著制動(dòng)頻次的增加，制動(dòng)器溫度急劇升高，致使制動(dòng)器材料發(fā)生分解，摩擦系數(shù)降低，導(dǎo)致車輛產(chǎn)生制動(dòng)熱衰退現(xiàn)象。此時(shí)若要保持恒定制動(dòng)減速度，則必須提高制動(dòng)踏板力;反之，若一直使用相同制動(dòng)踏板力制動(dòng)，則制動(dòng)距離增加;從 10*10次制動(dòng)循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，即使每個(gè)循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，由于上個(gè)制動(dòng)循環(huán)帶來的高溫已經(jīng)對(duì)制動(dòng)器材料產(chǎn)生了不可逆的影響，車輛也出現(xiàn)了制動(dòng)力不足以致剎車距離變長(zhǎng)的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)系統(tǒng);道路試驗(yàn);熱衰退

中圖分類號(hào)：U463.5 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）21-143-03

Abstract： According to a light hydraulic braking commercial vehicle in China， different schemes about road braking tests were carried out. The test results show that with the increase of braking numbers， the brake temperature rises sharply， which leads to the decomposition of brake material and the reduction of friction coefficient， resulting in the phenomenon of braking thermal recession. At this point in order to maintain a constant braking speed， it must increase the brake pedal force; Otherwise， braking with the previous brake pedal force， the braking distance increases; From the results of 10*10 braking cycle tests， it can be seen that even if the initial temperature of each cycle is reduced to below 100℃， as the high temperature brought by the last braking cycle has had an irreversible impact on the brake material， and the vehicle also appears insufficient braking force and longer braking distance phenomenon.

Keywords： Brake system; Road test; Thermal

CLC NO.： U463.5 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）21-143-03

1 前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保有量在高速增加，人們對(duì)汽車性能也提出了更高的要求，制動(dòng)性能作為車輛最為重要的主動(dòng)安全性能是評(píng)價(jià)整車性能的關(guān)鍵因素。研究表明，汽車長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行強(qiáng)度較大的制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器溫度常在300℃以上，甚至能達(dá)到600～700℃[1]，這是因?yàn)橹苿?dòng)過程實(shí)質(zhì)是把汽車的動(dòng)能通過制動(dòng)器轉(zhuǎn)化為熱能，隨著制動(dòng)器溫度不斷升高，制動(dòng)器摩擦系數(shù)減小，通過摩擦產(chǎn)生的制動(dòng)力矩也會(huì)有顯著下降，這種現(xiàn)象被稱為制動(dòng)器熱衰退。汽車制動(dòng)器熱衰退會(huì)導(dǎo)致車輛制動(dòng)性能降低，制動(dòng)距離延長(zhǎng)，大大增加了交通事故的發(fā)生幾率。

制動(dòng)系統(tǒng)抗熱衰退性能一般用一系列連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能的保持程度來衡量。國(guó)內(nèi)外對(duì)制動(dòng)器熱穩(wěn)定性的研究主要集中在建模分析上[2，3]。但由于制動(dòng)器熱衰退性能受路況、車況、試驗(yàn)人員等諸多因素影響，因此研究制動(dòng)器熱衰退的有效手段是道路試驗(yàn)。

受國(guó)內(nèi)某汽車企業(yè)的制動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)試驗(yàn)委托，對(duì)其提供的某款輕型廂式貨車進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)道路試驗(yàn)研究，采取多種試驗(yàn)方案分別獲取制動(dòng)器溫度，制動(dòng)踏板力，制動(dòng)減速度等參數(shù)，從不同方面考察制動(dòng)系統(tǒng)熱衰退對(duì)制動(dòng)性能影響，為后續(xù)底盤制動(dòng)系統(tǒng)的匹配及驗(yàn)證試驗(yàn)提供參考。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)車輛

試驗(yàn)用車型為國(guó)內(nèi)某汽車企業(yè)提供的輕型商用車，該車型采用液壓雙回路前后盤式制動(dòng)，車輛總質(zhì)量為5984kg，最大車速為125km/h。

2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)搭建

該試驗(yàn)系統(tǒng)主要試驗(yàn)設(shè)備如表1所示。因本次制動(dòng)試驗(yàn)需要采集信號(hào)較多，所以必須合理布置每個(gè)儀器設(shè)備，以保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。

2.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)是在鹽城汽車試驗(yàn)場(chǎng)直線性能試驗(yàn)路進(jìn)行，路面為瀝青鋪裝，樣車的加載以及試驗(yàn)方法主要依據(jù)GB12676-2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求和試驗(yàn)方案》[4]以及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。本次試驗(yàn)主要考察熱衰退對(duì)制動(dòng)踏板力、制動(dòng)距離的影響，熱衰退循環(huán)對(duì)制動(dòng)性能的影響，因此制定以下4種試驗(yàn)方案。

方案1：熱衰退對(duì)制動(dòng)踏板力的影響。車輛從0.8Vmax開始，以5.0m/s2制動(dòng)減速度制動(dòng)10次，考察制動(dòng)踏板力的變化。

方案2：熱衰退對(duì)制動(dòng)距離的影響。車輛從0.8Vmax開始，以500N的最大踏板作用力進(jìn)行10次制動(dòng)，考察制動(dòng)距離變化。

方案3：熱衰退循環(huán)對(duì)制動(dòng)性能的影響。采用國(guó)際認(rèn)可的AMS制動(dòng)試驗(yàn)確定試驗(yàn)樣車的制動(dòng)距離。試驗(yàn)方法為：連續(xù)10次車輛從時(shí)速100 km/h通過制動(dòng)使汽車停止，記錄制動(dòng)器溫度，制動(dòng)踏板力，制動(dòng)踏板位移等參數(shù)。此項(xiàng)測(cè)試僅評(píng)估第一次和第十次的制動(dòng)過程，以在制動(dòng)襯片冷卻和發(fā)熱狀態(tài)下提供關(guān)于其特性的信息。在此試驗(yàn)基礎(chǔ)上連續(xù)做10個(gè)AMS制動(dòng)循環(huán)（即10*10制動(dòng)循環(huán)），考察熱衰退循環(huán)狀況下車輛制動(dòng)性能的變化。

方案4：I型試驗(yàn)方法考察熱衰退對(duì)制動(dòng)性能的影響。試驗(yàn)方法為：汽車從規(guī)定初速度V0=60km/h開始制動(dòng)，速度降到1/2V0解除制動(dòng)，再以最大制動(dòng)減速度加速到V0，試驗(yàn)重復(fù)制動(dòng)20次，每個(gè)制動(dòng)循環(huán)時(shí)間為60s。重復(fù)試驗(yàn)結(jié)束1min內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)脫開，以與O型試驗(yàn)相同條件測(cè)定制動(dòng)系統(tǒng)熱態(tài)制動(dòng)性能?？疾鞜釕B(tài)狀態(tài)下與冷態(tài)狀態(tài)下的制動(dòng)性能關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 熱衰退對(duì)制動(dòng)踏板力的影響

試驗(yàn)樣車制動(dòng)初速度為100km/h，制動(dòng)減速度基本保持不變，連續(xù)進(jìn)行10次制動(dòng)，踏板力變化見圖1。

圖中每一段曲線峰值代表一次制動(dòng)，曲線峰值之間部分代表車輛非制動(dòng)行駛。從圖中可看出，隨著制動(dòng)次數(shù)的增加，制動(dòng)器溫度有明顯上升，在保持制動(dòng)減速度基本不變的情況下，制動(dòng)踏板力從191N增加到273N。產(chǎn)生此現(xiàn)象原因是因?yàn)橹苿?dòng)過程中，摩擦材料與制動(dòng)器產(chǎn)生摩擦，整車的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能90%轉(zhuǎn)化為熱能，即表現(xiàn)為制動(dòng)器溫度升高，制動(dòng)系統(tǒng)的摩檫片里含有大量的有機(jī)化合物，這些有機(jī)化合物在生產(chǎn)過程中被固化下來。當(dāng)制動(dòng)器超過一定溫度后，摩檫片里的有機(jī)化合物受熱分解，所產(chǎn)生的氣體和液體析出，起著潤(rùn)滑的作用，導(dǎo)致摩擦系數(shù)變小，產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，此時(shí)若要使車輛繼續(xù)保持恒定的制動(dòng)減速度，勢(shì)必需增加制動(dòng)踏板力。

3.2 熱衰退對(duì)制動(dòng)距離的影響

試驗(yàn)樣車制動(dòng)初速度為100km/h，制動(dòng)踏板力基本保持不變，連續(xù)進(jìn)行10次制動(dòng)，踏板距離變化見圖2。

從圖2可看出，隨著制動(dòng)次數(shù)的增加，制動(dòng)器溫度上升明顯，在保持制動(dòng)踏板力基本不變的情況下，制動(dòng)距離從61.3m增加到70.5m。原因同3.1所述，制動(dòng)器溫度上升會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低，若使用同樣踏板力，必會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)距離變長(zhǎng)。

3.3 熱衰退循環(huán)對(duì)制動(dòng)性能的影響

本節(jié)考察樣車在熱態(tài)狀態(tài)下，進(jìn)行10*10的AMS制動(dòng)試驗(yàn)，考察熱衰退循環(huán)狀況下樣車制動(dòng)性能的變化。AMS制動(dòng)試驗(yàn)是由德國(guó)汽車類雜志AMS（Auto Motor und Sport）組織的對(duì)歐洲市場(chǎng)車輛制動(dòng)性能測(cè)試，其條件嚴(yán)格且測(cè)試結(jié)果公正、可靠，在歐洲很受公眾和消費(fèi)者認(rèn)可。試驗(yàn)制動(dòng)初速度為100km/h，單個(gè)AMS制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果如圖3。

從圖中可以看到10次連續(xù)制動(dòng)過程中制動(dòng)器溫度上升極為劇烈，第10次制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器溫度高達(dá)450℃。制動(dòng)器溫度的變化，引起制動(dòng)性能發(fā)生變化，制動(dòng)踏板力趨于變大，制動(dòng)距離趨于變長(zhǎng)。AMS試驗(yàn)主要考察第1次和第10次制動(dòng)性能變化情況，10*10次制動(dòng)循環(huán)過程中制動(dòng)距離有增大趨勢(shì)，制動(dòng)踏板力也有明顯增加趨勢(shì)。并且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證即使每個(gè)循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，但是由于上個(gè)循環(huán)的高溫已經(jīng)對(duì)制動(dòng)器材料造成部分不可逆影響，所以制動(dòng)性能在持續(xù)下降。

3.4 I型試驗(yàn)方法考察熱衰退對(duì)制動(dòng)性能影響

我國(guó)GB12676-2014規(guī)定了商用車輛制動(dòng)系統(tǒng)必須符合I型試驗(yàn)要求，本試驗(yàn)樣車試驗(yàn)結(jié)果圖表2，可以看出重復(fù)制動(dòng)后熱態(tài)制動(dòng)器制動(dòng)效能制動(dòng)距離和MFDD不低于該類車規(guī)定性能的80%，也不低于發(fā)動(dòng)機(jī)脫開的O型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的60%，穩(wěn)定性未超出3.7m，滿足國(guó)標(biāo)要求。

4 結(jié)論

本文對(duì)某車企5.9t廂式運(yùn)輸車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了多方案的道路試驗(yàn)研究，結(jié)果顯示，隨著制動(dòng)次數(shù)的增加，制動(dòng)器升溫極快，當(dāng)超過一定溫度后，摩擦系數(shù)降低，車輛出現(xiàn)制動(dòng)熱衰退現(xiàn)象。若要保持恒定制動(dòng)減速度，則必須提高制動(dòng)踏板力;反之，若一直使用相同制動(dòng)踏板力制動(dòng)，則制動(dòng)距離增加;從 10*10次制動(dòng)循環(huán)試驗(yàn)可以看出，即使每個(gè)循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，因高溫已對(duì)制動(dòng)器材料產(chǎn)生了不可逆的影響，車輛也出現(xiàn)了制動(dòng)力不足以致剎車距離變長(zhǎng)的現(xiàn)象。剎車過程是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的過程，如果能將熱能釋放出去，那么無(wú)疑會(huì)加快其轉(zhuǎn)化速度，從而使汽車更快失去動(dòng)能實(shí)現(xiàn)良好的制動(dòng)效果，因此可采用空心通風(fēng)盤式制動(dòng)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動(dòng)器。除從制動(dòng)系統(tǒng)本身來解決問題，也需要掌握制動(dòng)技巧，比如，在汽車下長(zhǎng)坡、崎嶇山路等陡峭路面時(shí)，可采用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)+剎車輔助，即利用發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮行程產(chǎn)生的壓縮阻力，內(nèi)摩擦力和進(jìn)排氣阻力對(duì)驅(qū)動(dòng)輪形成制動(dòng)作用來達(dá)到汽車減速的目的等。

參考文獻(xiàn)

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